Манипулятор

 

Использование: машиностроение, в конструкциях манипуляторов. Сущность изобретения: манипулятор содержит многозвенный исполнительный орган, звенья которого кинематически связаны между собой и с основанием и снабжены входными 6. 8, 10, 12 и выходными 7, 9, 11, 13 редукторами. Первое звено связано с приводом, а последнее - с захватом 14. Межцентровые расстояния двух соседних звеньев каждой пары выполнены различной длины. При этом линии центров выходного вала каждой пары звеньев смещены от центра вращения первого звена на расстояние с а - Ь, где а - длина первого звена пары звеньев: b длина второго звена пары, при этом передаточное отношение входного редуктора первого звена первой пары равноивх я / arccos(c/a + b). 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

СОК)Э СОВЕТГКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Н5 В 25 J 1/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) "0йЛЩ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4942901/08 (22) 05.06.91 (46) 07.07.93. Бюл. М 25 (71) Казанский авиационный институт им.

А.Н,Туполева (72) В.М.Печенкин и Г.А.Матвеев (56) Авторское свидетельство СССР

N. 659376, кл, В 25 J 1/02, 1979. (54) МАНИПУЛ RTOP (57) Использование: машиностроение, в конструкциях манипуляторов. Сущность изобретения; манипулятор содержит многозвенный исполнительный орган. звенья которого кинематически связаны между собой и с основанием и снабжены входными 6, 8, . Ж 1825727 А1

10, 12 и выходными 7, 9, 11, 13 редукторами, Первое звено связано с приводом, а последнее — с захватом 14. Межцентровые расстояния двух соседних звеньев каждой пары выполнены различной длины. При этом линии центров выходного вала каждой пары звеньев смещены от центра вращения первого звена на расстояние с - а — Ь, где а— длина первого звена пары звеньев; Ь -- длина второго звена пары, при этом передаточное отношение входного редуктора первого звена первой пары pBBHQUQ)(л /(arcccs(c/a

+ Ь)), 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1825727

Изобретение относится к области машинсс;pc BI«>e и может быть использовано для механизации подъемно-транспортных и других технологических операций, !! BT.! изобретения — расширение технолог> "..-.с:-.их Boa." ожностей путем смещения

nfl oc",ocò>1»ерсмещения центра захвата от ценгр;; крапле-;ия ведущего звена.

Ук . Bii!>ая цель достигается тем, что мегкссеоые расстояния двух соседних

"-.B(н о ка.",дсй пары выполнены неравными, .;>>.1л центров выходного вала второго

BBo,: з,B:;:.дсй nap ci звеньев смещена от центра Bpoщения первого звена на расстоянии

- = а — l. где а — длина первого звена пары зое>;ьсо, b — длина второго звена пары, передаточное отношение входного редуктора первого з>>е»а первой пары равно

„7г

LIex (arccos(+)j охсднс. . гал входного редуктора второй и

:сс>1еду>ощ>1х пар звеньев соединен с корпусеi", о>.,iõoäíoão редуктора предыдущей

nBpI. .: корпус входного вала редуктора второй и последующих пар звеньев соединен с оыхсдны>л ослом выходного редуктора про,-,ь>дущай пары, "::з.-,ю повышения точности перемещ . . l;:ыхсднсго звена, количество пар

EBB;.:: -:, рз>»о доу>1, оращение BTopoi.o звена ..:,, ....1 ii,lрpы г>ротпосположно оращени>о оыхсд: с; с звана первой чары, .1 >1сш:» р,.: Ioc>>1длин зоеньев каждой;>ары к .1х су>:,>ле определяется отношением: а — Ь .У

- . --;-=И а;b к где К вЂ” целос число и может быть равным 3, 4, 5 и T.ä, и определяет плоскую равносторонню:с фигуру, on,>cûBàåìó>o центром выходного оала выходного редуктора, с кольи >сс.. оом сторон равным К.

>.> ношение разности длин звеньев к их с:. >к1е -.. р делясгся отношением

B -- !>:Г, I лЧ-Ь к при зтс>л центр Bblxop>lol о BB 18 выходного редуктора списыоает звездообразную фигуру с м. >:и;,>ельнь>м лучом раьным разности длин звеньев и с >лаксимальнь>м лучом равным су>лме длин звеньев и с количеством максимальных лучей равным К.

Отношение разности длин звеньев к их сумме опре.qB>1»BTc>I отношением:

B — Ь вЂ” — --- =. сои(-- > а+Ь к при зтс>1 центр выходного вала выходного редуктора onllcBIBQQT многоугольную фигуру с >,о,.ичс.твом у>,oB 2К, а череду>сщиесч

55 минимальные и максимальные расстояния от центра вращения первого звена до вершин углов соответственно равны разности и сумме длин звеньев.

Технологические возможности манипулятора расширяются за счет возможности крепления манипулятора к стенам или потолку путем выполнения различной длины эьеньев каждой пары, что ведет к смещению линии центров выходного вала второго звена каждой пары звеньев от центра вращения первого зоена на расстояние с = а — Ь, где а — длина первого звена пары звеньев, b — длина второго звена пары, передаточного отношения входного редуктора первого звена первой пары, которое равно

Л

Ubx c гссг> (а + b входного вала входного редуктора второй и последу>ощих пар звеньев соединенного с корпусом выходного редуктора предыдущей пары, а также корпуса входного вала редуктора второй и последующих пар звеньев соединенного с выходным валом выходного редуктора предыдущей пары.

Повышение точности перемещения выходного звена достигается тем, что количество пар звеньев кратно двум, вращение второго звена второй пары противоположно вращени>а выходного звена первой пары.

При этом отклоне.1ие центра выходного вала выходного рер;«Тора первой пары от прямой линии — поло:.ительно, второй пары— отрицательно по з>,аку. В результате суммар»ое отклонение центра выходного вала выход>.ого редуктора второго звена второй г>ары равно нулю (без учета погрешностей за счет л>офTOB, а также технологических погрешностей).

Технологические воэможности манипулятора расш> ряются за счет отношения разности длин звеньев к их сумме, как, = cos(-) где К вЂ” целое число и может быть равным 3, 4, 5 и т,д. При зтсм центр выходного вала выходного редуктора описывает плоскую равнсстсрон н ою фигуру с количеством стороны равным К, Техно lo гические возможности манипулятора расширяются за счет QTH0LUGHHA раэности длин зоеньео к их сумме равной а — Ь г — — -- (COG(> а + Ь " к

При этом центр выходного вала выходного редуктора описывает звездообразную фигуру с миним."льным лучом p33HblM р83ности дл»н зосньев и с максимальным лучом

1825727

50

55 равным сумме длин звеньев и с количеством максимальных лучей равным К.

Технологические возможности расширяются за счет отношения разности длин звеньев к их сумме, равной

Ь >cos(При этом центр выходного вала выходного редуктора описывает многоугольную фигуру с количеством углов 2К, а чередующиеся минимальные и максимальные расстояния от центра вращения первого звена до вершин углов соответственно равны разности и сумме длин звеньев.

В результате проведенного анализа технических решений с подобной совокупностью существенных признаков не обнаружено.

На фиг.1 изображена кинематическая схема манипулятора; на фиг,2 соединение пар звеньев между собой, на фиг.3 — кинематическая схема манипулятора с выходным звеном, вращающимся к другую сторону; на фиг,4 — траектория движения центра выходного звена при К - 3; на фиг.5 — траектория движения центра выходного звена при К- 4; на фиг.6 — траектория движения центра выходного звена при К = 4 и а — Ь

+ < cos (— „); на фиг,7 — траектория двиа жения центра выходного звена при К = 5 и а — Ь

a+b к"

< сов(), на фиг.8 — траектории движеа — Ь ния спектра выходного звена при а+Ь л. а — Ь .и .а — Ь л . сов(- ; — + — с coc(); >ccc(-); на фиг.9 — траектория движения центра выходного звена при К - 3 а — Ь Л а + Ь со (к)

Манипулятор представляет собой многозввнный исполнительный орган (фиг.1) звенья 1, 2, 3 и 4 которого кинематически связаны между собой и с основанием 5, Звенья 1, 2, 3 и 4 имеют входные 6, 8, 10. 12 и выходные 7, 9, 11, 13 редукторы, При этом корпус 6 первого звена 1 связан с приводом, выходной вал редуктора 13 последнего звена 4 — с захватом 14. Входной вал входного . редуктора 6 первого звена 1 жестко соединен с основанием 5. редуктора 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 всех звеньев 1, 2, 3, 4 кинематической цепи имеют передачи точное отношение равное единице, межосевые расстоянии АВ и BC (CD и DE) двух соседних звеньев 1 и 2 (2 и 3) каждой пары 1-2 и 3-4 выполнены не равными. Линия центров выходного вала второго звена 2 и 4 каждой пары звеньев

40 смещена от центра вращения Л и Г первого звена на расстояние с1" а1 — b> (a> - АВ; hi

= ВС) и c2 - az — b2 (a2 = СО; bg - ОЕ).

Передаточное отношение входного редуктора 6 первого звена 1 первой пары 1 и 2

Л равно:U«,— а Гссо э(— - -)

Входной вал 15 (фиг.2) входного редуктора 10 второй пары 3 и 4 соединен с корпусом выходного редуктора 9 предыдущей пары 1 и 2, а корпус входного редуктора 10 второй пары 3 и 4 соединен с выходным валом 16 выходного редуктора 9 предыдущей пары 1 и 2, Количество пар звеньев 1-2 и 3--4 равно двум (фиг.3). Вращение второго звена 4 второй пары 3 — 4 противоположно вращению выходного звена 2 первой пары 1-2. Это может быть выполнено эа счет вертикального расположения входного редуктора 12 по сравнению с входным редуктором 8 выходного звена 2 или зеркальным расположением угла наклона зубьев выходного редуктора 11 первого звена 3 второй пары и зубьев входного редуктора 12 второго звена

4 второй пары 3 — 4, Отношение разности длин звеньев каждой пары к их сумме равно отношению а — Ь л а+Ь

+ Ь - сов(— ), где K — целое число и может быть равным 3, 4, 5 и т.д, При К -: 3 центр выходного звена (например С) описывает (фиг.4) равностороннюю треугольную фигуру при полном обороте звена t.

При К -4 центр выходного звена описывает (фиг.5) квадрат. Отношение разности длин звеньев каждой пары к их сумме определено из соотношения а — b — < cos(— )

a+b к а — Ь jf

При К-4и

a+b к

< cos() центров выходного звена описывает (фиг,6) эвездообразную фигуру с 4 большими лучами равными а+ b и малыми лучами равными à - b. а — Ь,7г

При К=5 и < cos(— ) центр выходного а +Ь к звена описывает (фиг.7) звездообразную фигуру с 5 большими лучами. а — Ь,л

При К-Зи а+Ь к

> cosi — ) центр выходного звена описывает многоугольную фигуру (фиг,9) с количеством углов 6, а чередующиеся минимальные и максимальные расстояния от центра вращения первого звена до вершин углов соответственно равны разности и сумме длин звеньев.

1825727

Манипулятор работает следующим образом, При вращении кОрпусВ 6 sQBH8 1 От при" вода в"=:домов колесо входного. редуктора 6 звена 1 вращается за счет планетарного движе:.".я, За счет передаточного отношения редук..ра б. равного

Л, асс",.os(>+ -))

Це;-т„" выходного звена 2 будет двигаться;.с пр.мой на расстоянии c> a> — b> от цен-.оа Л крепления входного редуктора

6. Передаточ .ое отношение редуктора 6 onределяетЫ иэ условия, что в крайнем положении звенья 1 и 2 (линии АВ и ВС) вытянуты и находятся ча одной прямой (фиг.8):

Л

Usx— с

tvrccos(„+T)) При этом ф» Л Асо

U =- —;. =- —,; р1 =-arccos

P> Ас а — b с

=- атосов —, =- arccos а+Ь а+Ь

При отношении разности длин звеньев к их сумме

+ - =-cos(-„}, где К вЂ” целое число 3, 4, 5 и т.д, Центр С описывэе Г!лоскую равностороннюю фигуру с количеством cTQpoH К. При этом л а-b

cos(— "1 =- — - - = cGsp>, к а+0

Следовагельно, при К = 3 у1 = — = =60 . T.e.Д;рА :2=60, адля

7г 180 p p к к соседних вытянутых положений звеньев угол C>ACz равен 120О, отсюда описываемая центром выходного звена выходного редуктора фигура является треугольником (фиг,4).

При К = 4 <р1 = 45О, угол между соседними вытянутыми положениями С1АС2 равен

90, а фи;ура, описываемая центром выходного звена — квадрат (фиг,5).

При отношении разности длин звеньев а — b к их сумме + < cos(— ) центр выходного звена С описывает звездообразную фигуру с минимальным лучом равным разности длин звеньев и с максимальным лучом равным их сумме длин звеньев и с количеством максимальных лучей равным К.

В этом случае имеем: а — b л, а — Ь

< cos(— ); < cosy>.

Л

В этом случае U x =

arccos() 5

При К - 3 угол между двумя соседними вытянутыми положениями C!ACz равен 120О (p> - 60 ). Но в сложенном состоянии точка а — Ь

Со(фиг.8) будет в положении Со (т,к, < сов p>). а — b

Таким образом при +„, <соз(:) а+Ь к центр выходного звена С опишет звездообразную фигуру с минимальным лучом, равным разности длин звеньев, и максимальным лучом, равным их сумме,и с количеством максимальных лучей. равным К.

При отношении разности длин звеньев к их сумме

„ „) cos(— ) центр выходного звена С описывает многоугольную фигуру с количеством углов 2К и с чередующимися минимальными и максимальными расстояния от центра вращения первого звена до вершин углов, равными соответственно разности и сумме длин звеньев. В этом случае точка С (Co на фиг.8) займет положение по другую сторону пряMol1 С!-Cã. В этом случае центр шарнира второго звена опишет многоугольник(фиг,9) с количеством углов 2К и с минимальным расстоянием до К вершин, равным разности сторон а — Ь, и с максимальным расстоянием до К вершин, равным сумме сторон а+ Ь.

Пример конкретного исполнения.

Манипулятор и !86Т параметры С -4000 мм, В =- 500 мм. Вхслное звено имеет длину а == С + В = 4500 мм. Передаточное отношение входного редуктора Upx = zr /(arccos (4000)) =- 4.882 5000

Числа зубьев входного редуктора первого звена могут быть равны: Zz " 8, 2139,0562; Zz 10, Z> 48,82; Z2 12, Z> 58,58.

Выбираем Z> = 39, Zz = 8, при этом О х-4,875, Максимальный угол поворота первого звена определим иэ формулы

P max = arccos() - 36,8699 а+Ь

В зависимости от угла поворота ведущего звена Р отклонение линии центров выходного звена or прямой линии будут принимать следующие значения: 3 5 10 15 20О

Л 11,193 41,693 82,632 120,4

Максимальное отклонение траектории движения выходного звена от прямой линии

1825727 будет колебаться в пределах от 0 до 140 мм, 140 100 что составляет 4 = 3,5 от С = 4000 мм.

Предлагаемый манипулятор имеет бо- 5 лее расширенные технологические возможности, так как за счет смещения плоскости движения центра выходного звена иэ зоны крепления шарнира первого звена крупногабаритные объекты манипулирования на- 10 ходятся в стороне от этой эоны и их размеры не ограничиваются узлом крепления.

Формула изобретения

1, Манипулятор, содержащий многозвенный исполнительный орган, звенья ко- 15 торого кинематически связаны между собой и с основанием и снабжены входным и выходным редукторами, причем первое звено связано с приводом, а последнее — с захватом, при этом редукторы звеньев кинемати- 20 ческой цепи выполнены с передаточным отношением. равным 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения технологических воэможностей, межцентровые расстояния двух соседних звеньев каждой 25 пары выполнены различной длины, а линии центров выходного вала каждой пары звеньев смещены от центра вращения первого звена на расстояние c - а — Ь, где а— длина первого звена пары звеньев, Ь вЂ” длина второго звена пары, при этом передаточное отношение входного редуктора первого звена первой пары равно

Л

Usx (а rccos())

2. Манипулятор по п,1. о т л и ч а ю щ и йс я тем. что, с целью повышения точности перемещения выходного звена, количество пар звеньев кратнодвум, а вращение второго звена второй пары противоположно вращению выходного звена первой пары.

3, Манипулятор по и.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что длины звеньев каждой пары а — Ь л выбираются иэ соотношения + Ь = cos(— ), а +Ь где К вЂ” целое число 3.

4. Манипулятор по п.1, отл и ч а ю щи йс я тем, что длины звеньев каждой пары а — Ь выбираются иэ соотношения + Ь < соз(— ). а +Ь

5. Манипулятор поп,1,отл ича ющи йс я тем, что длины звеньев каждой пары а — Ь выбираются иэ соотношения + Ь > cosp Ê). а +Ь с, . ю

Фиа. 4

iвлп 7

С о-о 8

lg

I о, о

4uz, 5 - г

Ос, В

° °

°

° °

° °

Фий. 6

OC о о О

Ов ф

+ i. 7

s с . Гс

/ i "

/ с — — — — аЬ

1825727

° Ъ

Составитель В. Печенкин

Техред М.Моргентал Корректор Л. Пилипенко

Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2302 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5